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  肝脏作为人体内十分重要的器官,其代谢解毒功能经常受到各种外来物质的损伤,会导致再生能力严重下降。因此,研究肝脏损伤再生及其分子调控机制具有重要意义。  中国科学院分子细胞科学卓越创新中心惠利健研究组合作研究发现,细胞核中的Arid1a蛋白能够调控肝细胞“再生基因”,在正常肝细胞中处于预打开的“待命”状态,让肝细胞可以更迅速地响应受损信号,激活肝脏“再生程序”。  该研究从基因层面揭示了肝细胞重编程介导的肝脏损伤再生分子基础,同时为利用药物靶向治疗肝脏损伤提供了新思路。相关论文于日前发表于国际权威学术期刊《细胞·干细胞》。  近年研究发现,肝细胞重编程是实现肝细胞再生的主要方式。肝细胞由肝前体细胞发育分化而来,大多数细胞分化后命运就固定不可改变。但在肝脏损伤中,肝细胞却具有可塑性,能够以“逆生长”的方式,回溯成类似于肝前体细胞的类肝前体细胞,“二次发育”成更多新生肝细胞,参与肝脏再生。然而,对于肝细胞为何能够“逆生长”,此前一直是未解之谜。  该研究中,科研人员发现,细胞中一个叫Arid1a的染色体重塑蛋白,调控了肝细胞的“逆生长”。进一步研究发现,该蛋白使得“逆生长”程序在肝细胞中处于打开的状态,因而在有再生信号时,“逆生长”程序可以激活,使得分化的肝细胞像橡皮泥一样在体内可以重塑为肝前体细胞。这一发现给出了未来操控肝细胞“逆生长”的可能方法。  (原载于《经济日报》2019-07-1815版)

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  由我国自主研发的首颗空间硬X射线调制望远镜(HXMT)——“慧眼”卫星已经发射升空两年了。“慧眼”卫星首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员张双南介绍:“截至2019年6月30日,‘慧眼’对银道面扫描1000多次,监测并公布了600多个X射线源的长期流量变化;对60多个各类X射线天体进行了定点观测,在中子星磁场测量、黑洞吸积准周期振荡和中子星热核暴等方面的硬X射线观测研究方面取得国际领先成果;探测到170多个伽马暴,并以MeV能区最高灵敏度监测了首个双中子星并合以及多个双黑洞并合引力波事件;脉冲星导航定轨精度达到国际最好水平。我们认为,“慧眼”卫星不但能够实现其预期科学目标,而且有望取得超出预期的重要科学成果。”  曾经,中国作为航天大国,却是空间科学小国——在很长一段时间,中国没有自己专门的空间科学卫星。2011年,中国科学院率先在空间科学领域进行战略性布局,实施中国科学院空间科学战略性先导科技专项,筹备发射系列科学卫星。经过艰苦的自主研发,2015年12月17日,中国首颗天文卫星暗物质粒子探测卫星“悟空”号成功升空。之后,“实践十号”返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星“墨子”号和硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”相继顺利发射。  中国科学院国家空间科学中心是科学卫星系列的抓总单位。中心主任、空间科学先导专项(二期)负责人王赤研究员介绍,如今,这四颗科学卫星正在取得重大科学发现和技术突破。以“悟空”暗物质粒子探测卫星为例,至2019年6月,“悟空”已完成全天区扫描七遍,探测并处理了66.5亿高能粒子。相比于以前的空间实验结果,“悟空”可测量的电子最高能量达到近5TeV,超过了国际空间站阿尔法磁谱仪(AMS-02)的1TeV和费米伽马射线空间望远镜的2TeV,开辟了宇宙观测的新窗口。利用“悟空”采集到的数据,科研人员获得了世界上迄今最精确的高能电子宇宙线能谱。  科学卫星的意义不仅仅体现在科学进展上。王赤说:“随着空间科学系列卫星的成功发射,产出了一批重大科学原创成果,突破了多项前沿引领空间技术,极大地牵引带动了空间技术的原始创新。”例如,“实践十号”卫星在燃烧、石油等领域的研究将会带动相关产业发展,有很大的应用前景,不仅能转化为可观的经济效益,也将促进社会发展,为建设美丽中国提供强有力的科技支撑。“‘实践十号’在微重力环境下观察煤炭燃烧和污染物生成的基本规律,已获得一些地面无法得到的基础数据,发展更完善的煤燃烧理论和模型,帮助我国更好地绿色利用煤炭资源。”同时,科学卫星是开展国际合作最好的平台之一。王赤说:“通过国际合作不但促进了我国与欧洲发达国家的战略合作伙伴关系,也大幅提升了中国在国际上的地位和影响力。”  新一批经过科学遴选的科学卫星目前正在紧张的研制过程中。王赤介绍,太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)、爱因斯坦探针(EP)、先进天基太阳天文台(ASO-S)、引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)等4颗科学卫星如今已全部完成了工程立项,进入了工程研制阶段。他说:“4颗卫星将在2020年至2023年期间陆续发射,将在太阳爆发活动、太阳风与磁层相互作用、时域天文学,以及引力波电磁对应体探测等方面取得原创性成果。”  卫星有自己的寿命,但科学探索永无止境。王赤说:“科学卫星应成为基础研究重大突破的新平台、自主创新的新增长点和破解卡脖子高技术的突破口,中国科学院、高校院所和航天科技等可以协同创新,释放我国空间科技人员的创新活力和潜力,发挥集中力量办大事的体制优势,通过空间科学的发展支撑航天强国目标的早日实现。”  (原载于《光明日报》2019-07-1803版)

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  氢是宇宙中最丰富的元素,也是元素周期表上最小的元素。正因为“个头小”,氢能够轻而易举地钻进金属材料的内部,在里面大肆“搞破坏”,导致材料的损伤。  特别是在一些特殊场合,这种“调皮捣蛋”的行为可能会招致非常可怕的后果。比如,在磁约束核聚变反应堆的核心部位,燃料氢同位素极易渗透进保护其他部件的钨金属装甲,与中子辐照产生的纳米孔洞结合,形成氢气泡并产生裂纹,最终对材料的结构和服役性能造成致命损伤,直接危及聚变装置的安全。  “理解氢与纳米孔洞的相互作用是解决这些问题的关键所在。”中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所副研究员孔祥山说。  日前,中科院合肥物质研究院固体物理所与加拿大麦吉尔大学的科研人员合作,在金属中的氢行为研究中取得重要进展,他们首次建立了体心立方金属中纳米孔洞氢俘获和聚集起泡的定量预测模型。该研究为理解氢致损伤,以及设计新型抗氢致损伤材料提供了可靠的理论基础和工具。7月15日,相关论文在《自然—材料》上发表。  针对氢在不光滑纳米孔洞内壁上吸附问题,研究人员以体心立方金属钨为例,通过分析氢的运动轨迹,发现氢总是以单原子形式有次序地吸附在一些特定位置上。  “我们把这些位置归纳成5类吸附点,刚好对应氢的5个吸附能级,这样就能准确地描述氢的吸附特性了。”论文共同第一作者、中科院合肥物质研究院固体物理所博士生侯捷说。  为考察内壁上多个氢之间的相互影响,研究人员分析了上万种不同情况下的氢—氢相互作用,发现吸附的氢原子之间还会相互排斥。随着吸附氢原子数量的增加,内壁上氢原子之间分布越来越紧密,斥力越来越大,导致部分氢逐渐被挤出内壁,从而在孔洞芯部以氢气分子形式析出。  基于上述规律,研究人员建立了一个普适的定量模型:内壁上氢的能量取决于吸附点的类型以及内壁上氢的面密度,而芯部氢的能量则由氢的体密度决定。  由该模型预测得到的结构和氢俘获能,与模拟计算结果高度一致。基于该模型的预测,他们进一步开展了多尺度模拟,通过与氢的脱附实验结果对比验证了模型的正确性。  现在,面对这个恼人的“捣蛋鬼”,人类总算可以自信一些了。这项研究解决了长期以来无法准确描述和预测氢在纳米孔洞中的结构与能量的基本问题,建立了氢与纳米孔洞相互作用的定量物理模型,为理解氢致金属材料损伤提供了寻求已久的关键认知。  “未来,我们可以基于这个模型设计新型的抗氢致损伤材料,这些金属材料会被用在未来聚变堆第一壁装甲中,助力可控核聚变的实现。”孔祥山认为,这一成果也会在氢能源汽车以及航空航天等领域发挥至关重要的作用。  (原载于《中国科学报》2019-07-18第1版要闻)

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  尽管先前的研究表明,血液中维生素D水平低与心血管疾病风险增加之间存在联系。但近日,美国密歇根州立大学(MSU)的一项新研究发现,服用维生素D补充剂并不能降低这种风险。该研究6月19日已发表在《美国医学会心脏病学杂志》上。  这项大规模研究发现,维生素D补充剂并不能降低心脏病、中风或其他主要不良心血管事件的发生率。该研究第一作者、密歇根州Hurley医学中心的首席住院医师、MSU人类医学学院临床讲师MahmoudBarbarawi说:“我们认为它本应该会显示出一些益处。但实际上,它甚至没有显示出一点益处。这是非常令人惊讶的。”  许多早期的研究发现,血液中低水平的维生素D与心血管疾病风险增加有关,并表明维生素D补充剂可能会降低这种风险。Barbarawi领导了这个研究小组,检查了21项临床试验的数据,涉及83000多名患者。一半的患者服用维生素D补充剂,另一半服用安慰剂。数据的荟萃分析显示,两组之间心血管事件的发生率或所有死亡原因没有差异。此外,该研究发现男性和女性以及不同年龄的患者都没有差异。  维生素D有时也被称为阳光维生素,因为人类皮肤暴露在阳光下会产生维生素D。也因此,那些离赤道最远的人往往血液中的维生素D水平较低。  虽然一些研究发现,低水平的维生素D与心血管疾病的风险增加存在联系,但Barbarawi的研究表明,户外体育活动和营养状况等其他因素可能解释这种联系。该研究团队还指出,尽管这项发现对心脏健康没有影响,但一些患者,比如那些正在接受骨质疏松治疗的患者,仍然可能从这些补充剂中受益。  因此,研究人员建议,如为减少心脏病发作或其他心血管问题的发生而服用维生素D补充剂,医生和病人都应三思而后行。Barbarawi说:“我们不建议服用维生素D来降低这种风险。”      论文链接:https://jamanetwork.com/journals/jamacardiology/article-abstract/2735646

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  根据传统的癌症分期方法,癌症可以笼统地被分为早期、中期和晚期。这个分类方法不仅很好地概括了癌症的特点,还通俗易懂地向大众传递了癌症的严重程度。然而近日发表在NatureGenetics上的研究对上述分类提出质疑。  来自美国斯坦福大学医学院的医学和遗传学助理教授ChristinaCurtis联合其他4所研究机构人员分析了近3000名患者的基因数据,通过三维计算机模拟分析,发现高达80%的转移性结直肠癌,可能在原发肿瘤长到罂粟种子大小(约0.01立方厘米,100万个癌细胞)之前,就已经扩散到体内的其他地方了。而在这个阶段,目前的临床技术仍然检测不到如此微小的肿瘤。  转移是癌症导致死亡的主要原因,不过癌症转移的时间以及决定癌细胞转移的关键分子机制目前还不清楚。这两点对于癌症的临床诊断和治疗具有重要价值。  目前主流观点认为癌症是一种基因病,癌细胞的产生和转移,是体细胞逐渐积累基因突变导致的,因此当肿瘤发展到一定程度之后,会有一部分细胞获得转移的能力。然而近年来已经有研究人员在早期乳腺癌的患者体内发现扩散出去的癌细胞。  在此项研究中,研究人员找到23例存在肝转移或者脑转移的肠癌患者,其中10例脑转移患者有72份组织活检样本,13例肝转移患者有46份组织活检样本。研究人员给这118个组织样本做了全外显子基因组测序分析,以便从中发现肠癌转移的路径和时间。  通过原发灶与转移灶基因突变的比对,研究人员发现原发灶和转移灶的癌症驱动基因之间保持了高度的一致性。KRAS,TP53,SMAD4等的突变在原发性和转移性肿瘤也是一致的。此外这两处的肿瘤也潜在共享SNV和小插入缺失。   基于上面的基因变异数据,研究人员给每位患者的肿瘤发展历程做了个进化树。基于这些进化树,研究人员清晰地发现,在可以分析的21名患者中,有17名患者的转移灶是从一小撮癌细胞,甚至是一个癌细胞发育而来,而且从整个进化树来看,这些形成转移灶的细胞形成于肿瘤发展的早期。   在此基础上,研究人员通过三维计算模型模拟在不同的参数条件下肿瘤的大小,及其与疾病进展和基因变异之间的关系。结果发现在17名(83%)早期转移的患者中,肠道肿瘤在体积不足0.01立方厘米也就是不到100万个细胞的时候,已经转移到身体的其他地方。      原文链接:https://www.nature.com/articles/s41588-019-0423-x

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  6月10日发表在《美国科学院院刊(PNAS)》上的一项研究,揭示了甜叶菊高强度甜味背后的分子机制,研究结果可用于设计新的无热量产品,且不含任何不良余味。该研究由美国华盛顿大学圣路易斯分校领导。  尽管负责甜叶菊合成生化途径中的基因和蛋白质几乎已完全为人所知,但根据这项新研究的作者称,这是首次发表制造甜叶菊莱鲍迪甙A(RebA)蛋白质的三维结构,这是甜菊糖的主要成分。  该研究通讯作者、艺术与科学生物学教授JosephJez说:“如果有人患有糖尿病或肥胖,并且需要从他们的饮食中去除糖,那么可以转向使用化学合成制成的人造甜味剂,如阿斯巴甜或糖精等,但所有这些都具有与糖无关的异味。当然一些人是有自己的健康问题。”  Jez教授继续说道:“甜菊糖及其相关分子在植物中天然存在,比糖甜200多倍。它们在中美洲和南美洲已经被消费了几个世纪,对于消费者来说是安全的。许多大型食品和饮料公司都在展望未来,并计划在未来几年通过各种产品来降低糖和热量,以满足全球消费者的需求。”  研究人员通过X射线晶体学确定了RebA蛋白的结构。他们的分析显示了RebA是如何由一种关键的植物酶合成,以及这种高强度甜味所需的化学结构是如何通过生物化学的方式构建的。图片来源:PNAS  为了制造比单个葡萄糖分子甜200倍的东西,植物酶用三种特殊糖装饰核心萜烯支架。然而,来自甜叶菊植物的这种超甜味道也会带来不必要的味觉缺点。  Jez教授说:“对我来说,甜叶菊的甜味伴随舔过的铝箔味,许多消费者都会体验到这种略带金属味的味道。”  这种味道是植物叶片中的主要分子所特有的,它们是甜菊甙和RebA,它们的化学结构会触及舌头上的味觉受体,引发甜味,但它们也会触及引发其他味道的味觉受体。  Jez教授说:“RebA在甜叶菊植物中含量丰富,是该植物生产的第一种产品,因为它很容易大量提纯,我们就叫它‘甜菊糖1.0’吧。但在叶子里有其他相关的化合物,它们的结构不同,且没有余味,却能发出甜味。那些就是‘甜菊叶2.0’。”  新发表的蛋白质结构信息可有助于改善甜味剂。  Jez教授说:“我们可以利用RebA蛋白的快照来指导蛋白质工程,以调整甜菊糖中糖的类型或模式。这可以用来探索‘甜’和‘恶心’之间的化学空间。在其他植物中也有一些分子,它们不是甜味剂,但能产生强烈的甜味。我们可以利用发现甜叶菊植物的信息来找到这些细节。”      论文链接:https://www.pnas.org/content/early/2019/06/05/1902104116

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